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一文读懂中性原子量子计算

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发布时间：2024-01-16

 

量子计算是指以量子态作为信息载体，利用量子态的线性叠加和量子纠缠等量子力学基本原理进行信息并行计算的方案。

 

以量子计算为基础的信息处理技术的发展有望引发新的技术革命，为密码学、催化化学反应计算、新材料设计、药物合成等诸多领域的研究提供前所未有的强力手段，对未来社会的科技、经济、金融，以及国防安全等产生革命性的影响。

 

目前，各国政府和大公司纷纷投入巨资开展量子计算的研究，探索实现量子计算机的各种可能体系，包括离子阱、超导、光子、量子点、金刚石NV色心、中性原子等。

 

然而，由于不同量子体系的操控技术难度和发展应用前景不同，面临的挑战也不一样。

 

当前，哪种体系是最优体系尚无定论。

 

其中，相互作用可控、相干时间较长且具备扩展优势的中性原子体系是实现量子计算机的有力候选者之一。

 

自2021年以来，不论是技术进展还是资本关注度，中性原子都是发展最快的量子计算机体系之一。

 

那么，什么是中性原子量子计算机呢？

 

/目·录/

 

一、中性原子：量子计算的“明日之星”

二、蓬勃发展，掀开量子竞赛新篇章

三、中性原子量子模拟的多重应用

四、中性原子通用量子计算机

五、全球商业布局

 

 
中性原子是指核外电子等于核内质子数的原子，具有全同性且处于低能态的特点。
 
量子信息被编码成非常稳定的低能原子态，因此中性原子作为量子比特具备长的相干时间。
 
全同性使得中性原子量子比特不像超导电路或硅自旋量子比特那样存在异质性。
 
尽管这种稳定性也使得量子比特很难相互作用，从而更难产生纠缠——而纠缠是大多数量子算法的核心。
 
然而，通过发射激光脉冲，这些中性原子可以进入一种高激发态，称为里德堡态，从而实现它们之间的相互纠缠。
 
里德堡原子指的是外层电子被激发到主量子数n很大的高激发态原子。由于里德堡原子的主量子数n很大，因此它们之间的相互作用很强。
 
长寿命的里德堡态特别适合储存量子信息，可以显著减少原子的自发辐射对量子信息的影响。强大的里德堡原子间相互作用可以直接耦合两个原子，有利于实现双比特门或原子间的纠缠。
 
总体而言，相比于其他量子计算候选体系，基于里德堡态相互作用的中性原子量子计算具备以下三个显著特点：
 
1）相干时间较长：中性原子体系采用原子基态超精细能级的磁子能级编码量子比特，目前中性原子体系中单比特相干时间已经超过12.6秒，这一指标超过了目前大多数量子计算的候选体系。
 
2）可控的相互作用：基于里德堡态原子的偶极-偶极相互作用是一个长程的、强度比基态相互作用大12个量级的相互作用，可有效控制两比特逻辑门的操控时间，并通过多种方式进行调整。
 
3）良好的扩展性和构型灵活性：中性原子体系可以实现上千个原子，并且其构型灵活可变，结合里德堡态原子的多比特逻辑门，可优化并提高算法的适应性。
 
中性原子量子计算基于超高真空腔，利用光晶格从磁光阱或玻色-爱因斯坦凝聚体中捕获并囚禁超冷原子形成单原子阵列。
 
通过将原子基态超精细能级的两个磁子能级编码为一个量子比特的0态和1态，透镜将所需光聚焦到单个原子上，实现对量子比特的操控。
 
同时，透镜收集原子的荧光传输到电子倍增型相机上实现量子态的探测。通过实时控制原子的冷却、转移以及相应的磁场、电场和光场，完成量子算法的执行。
 
中性原子体系将根据不同的量子算法采用优化后所需逻辑操作数最少的原子阵列构型，执行一系列高保真的单比特门和两比特受控非门。
 
中性单原子量子计算的概念架构
 
中性原子阵列可被看作一个寄存器，其中每个单一原子充当一个量子比特的角色。
 
铷原子是常见的选择，因为它借助成熟的技术解决方案，尤其在激光技术方面表现出色。
 
具体而言，铷原子的两个电子能级被选为两个量子比特状态，分别表示为|0⟩和|1⟩。由于原子中电子状态的数量是无限的，因此有多种可能的选择，形成了丰富多样的配置。
 
光是控制原子位置和量子态的主要工具。它被用于组装和读取由数百个量子比特组成的寄存器，执行完全可编程的量子处理。对于每项专门的任务，都需要特定波长的激光。
 
此外，电子控制也是必需的，用于调节光的属性，执行来自量子软件栈的指令，并通过原子检测提取信息，如图所示。
 
中性原子量子器件的硬件组件示意图。首先，用户通过量子软件堆栈将指令发送到初始化量子寄存器的寄存器执行器和执行计算的处理执行器。量子寄存器中的信息通过检测图像来提取。它用作寄存器实时重排的输入和计算的输出，以Pasqal为例
 
 
DiVincenzo提出了实现量子计算机的基本条件，即DiVincenzo判据，共包括5个主要要求。
 
经过20年的技术发展，中性原子体系在可扩展的量子比特系统、量子比特初始化、量子比特相干性、通用逻辑门组和量子比特测量方面都已满足这些要求。
 
在量子比特初始化方面，通过成熟的光泵技术，将原子制备到量子比特的|0⟩态或|1⟩态的效率可达99.9%以上。
 
由于相同种类的原子能级结构一致，采用同样的光泵光可同时实现阵列中所有原子的态初始化。
 
在量子比特相干性方面，DiVincenzo提出实现量子纠错需要量子比特的相干时间达到基本量子门操作时间的10^4倍以上。
 
这一指标已经达到10^7，超过了目前大多数数量子计算的候选体系。
 
Atom Computing公司在其100+量子比特中性原子量子计算机Phoenix上实现的相干时间更创下新记录，达到了10万倍。Phoenix的寿命T2为40±7秒，是当时商业平台上有史以来最长的相干时间，而弛豫时间T1几乎是无限的。
 
 
在逻辑门方面，中性原子体系可以实现单量子比特门和双量子比特门操作（例如受控非门）。
 
2022年4月，詹明生团队实现了保真度0.980(7)的受控相位门，同时也实现了中性原子单比特量子门最高的平均保真度，约为99.995%。
 
在量子态的测量与读出方面，关键在于对原子的操控。
 
詹明生等团队自2009年以来克服了单原子量子比特的精确操控、两原子量子比特相互作用的有效调控和多量子比特阵列的制备等一系列关键物理问题和技术难题，在中国科学院武汉物理与数学研究所初步建立了满足DiVincenzo判据的中性单原子量子计算平台。
 
至于可扩展性，中性原子体系取得了长足进步。
 
2021年，Atom Computing公司率先推出100比特量子计算机，ColdQuanta推出121比特的“Hilbert”，QuEra开发了256比特的量子模拟器，法国公司Pasqal的铷原子阵列已扩展到361个。
 
芝加哥大学的512个中性原子阵列处于领先地位，研究人员使用512个光镊捕获了铷原子和铯原子各256个，并观察到两个元素之间的串扰可以忽略不计。
 
詹明生团队也完成了类似的实验，实现了分别15个铷87和15个铷85的异核单原子阵列。
 
在这一领域，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院依托詹明生团队一直是国内领先的中性原子量子计算科研机构，该团队还成立了中科酷原科技（武汉）有限公司，推出的“汉原1号”中性原子量子计算机正在测试中，预计将达到100量子比特，加入到国际知名中性原子量子计算公司的行列。
 
近期，中性原子领域也取得了引人注目的进展。
 
Atom Computing公司宣布将为客户准备一台1000量子比特的中性原子机器，这是商业量子设备的里程碑。
 
此外，三个研究团队在《自然》杂志上发表了研究报告，描述了中性原子平台的低噪声、新的错误缓解能力和扩展性能，共同展示了中性原子量子计算机的潜力。
 
其中，由美国国防高级研究计划局（DARPA）、哈佛大学和QuEra团队组成的研究小组制造的量子计算机拥有有史以来数量最多的逻辑量子比特，最多可运行280个物理量子比特。
 
通过使用精确、低功率的激光束，他们创造了高效的量子电路，将280个物理比特纠错转化为48个逻辑比特，比其他技术更具纠错效率。
 
这一实验性量子计算机可能比当前最先进的IBM Condor芯片强大四倍，加速了量子计算领域竞赛进入新阶段的预期。
 
 
中性原子量子计算机不仅仅在数字模式下描述量子比特时间演化，还能够在模拟水平上实现对设备的控制，直接操纵描述原子系综演化的数学算子（哈密顿量）。
 
这种技术不仅允许在应用门的过程中对脉冲进行更精细的控制，还能够直接利用系统的哈密顿量作为计算资源。
 
中性原子量子计算机通过模拟设置提供了精细控制和丰富配置的可能性，成为强大的量子处理工具。
 
在当前的中性原子量子计算公司中，一些公司专注于研究模拟方法（例如Pasqal），而另一些则专注于门方法（例如Atom Computing）。
 
其中，Pasqal正在致力于开发混合数字/模拟解决方案。
 
中性原子量子处理器（QPU）具备实现数字和模拟量子处理任务的能力。
 
在数字计算中，量子算法被分解成一系列量子逻辑门，通过对寄存器中选定的单个原子子集照射微调过的激光脉冲来实现，如下图(a)所示。而在模拟计算中，激光则用于实现哈密顿量。量子比特按照薛定谔方程随时间演化，如下图(b)所示。通过测量每个量子比特的状态，可以探测系统的最终状态。
 
数字处理与模拟处理的区别在于：(a) 数字处理中，通过对量子比特应用一系列门来实现量子算法，每个门都是通过用激光束单独寻址量子比特来实现的；(b) 在模拟处理中，量子比特在特定的哈密顿量H下演化，例如通过用激光束照射整个寄存器。系统的波函数|ψ〉遵循薛定谔方程
 
中性原子阵列可用于实现量子哈密顿量和进行模拟量子处理。里德堡原子表现出巨大的电偶极矩，通过偶极-偶极相互作用，这映射为自旋哈密顿量。
 
每个寄存器量子比特都对应自旋，其状态为|↓〉=|0〉和|↑〉=|1〉。
 
根据所涉及的里德堡态，自旋经历不同类型的相互作用，从而导致不同的哈密顿量。其中最研究的是伊辛模型，其中|↓〉是其中一个基态，而|↑〉是里德堡态。
 
伊辛哈密顿量是解决凝聚态物质中众多问题的经典模型，例如描述量子磁体在极低温下的演化。
 
在中性原子装置中，这种模型可以在包含数百个原子的1D、2D或3D阵列中实现，理论上远超过经典计算机的计算能力。
 
另一个可以实现的自旋模型是XY哈密顿量。
 
它在自旋状态下自然产生|↓〉和|↑〉，这是两个偶极耦合的里德堡态。自旋态之间的相干交换将态|↓↑〉转换为|↑↓〉。这种交换相互作用非常适合研究受挫的量子磁体或激发输运，尤其是在光合作用的背景下，以了解光能如何在捕光复合物中传递到反应中心。
 
结合各种状态并利用寄存器中自旋的几何形状，中性原子QPU允许实现各种各样的自旋哈密顿量。
 
在所有模拟量子处理的候选者中，光学阵列中的里德堡原子特别适合，因为它们提供了非常有利的品质因子Q约为10²。
 
量子模拟（Quantum Simulation）可以进一步分为模拟（Analog）量子模拟和数字（Digital）量子模拟，二者的区别如下：
 
模拟和数字量子模拟
 
中性原子阵列在量子模拟应用中广泛涵盖多体物理学，即研究相互作用的量子粒子群行为的领域。这是一个极为广泛的研究范畴，包括凝聚态物理、量子化学、核物理和高能物理等多个领域。
 
1）凝聚态物理
 
中性原子装置通过允许模拟量子自旋系统，为凝聚态物理提供了广泛的研究机会。
 
自旋模型在过去六十年中在磁性和激发输运等多个方面得到了广泛研究，但许多关键性的问题仍然是激发研究的焦点。这包括自旋以几何排列为特征时相图性质的研究、在哈密顿量参数突变后系统动力学的探索、无序在耦合中的作用，以及它们与拓扑效应相互作用的情况。
 
除了对量子自旋系统的研究，原子阵列还能够为其他固态系统，如电子系统，提供新的洞察。
 
这些研究未来的方向将有助于解锁新材料的奥秘，这些材料可能具有革命性的能量运输和存储特性，或者表现出高温超导等创新性质。
 
2）量子化学
 
中性原子装置模拟电子系统的能力扩展到了量子化学和生物化学问题。
 
尽管经典计算机力学足以描述这些系统的大多数特性（如分子动力学），但引入量子效应有助于更深入地理解微观层面的一些物理过程。
 
引入多体量子效应，通过提供更完整的电子自由度模型，使我们能够改进模型并更好地理解一些分子的反应性。这种研究通常等同于描述具有大量电子哈密顿量低本征态的问题。找到这些本征值的量子方法依赖于量子相位估计（QPE）算法，该算法能够以指数级的速度提供超越经典方法的加速。
 
然而，对于目前的NISQ（没有纠错的量子）设备来说，实现这一目标仍然是不切实际的。因此，需要通过变分量子算法充分利用量子硬件的潜力。
 
中性原子设备在量子物质和生物化学研究中具有广泛应用。左图展示了高温超导体的氧化铜平面。科学家们通过多体电子哈密顿量（费米-哈伯德）对这种系统进行模拟，可以利用众所周知的变换将其映射到自旋系统上。右图展示了血红蛋白的结构。通过量子模拟蛋白质活性位点，研究人员可以深入了解其反应特性，为生物化学领域带来新的认识
 
3）高能物理、核物理和宇宙学
 
现代量子模拟器允许对单个粒子进行强大控制，使得实际实现晶格规范场论模型成为可能。
 
规范场论在粒子物理学中占据重要地位，包括基本粒子的主流理论：量子电动力学、量子色动力学以及粒子物理学的标准模型。晶格规范理论研究将规范理论在被离散成晶格的时空中的应用，其应用还扩展到凝聚态物质和核物理。
 
因此，中性原子设备成为一个令人着迷的平台，可以用来测试高能物理基础理论，而其开发成本比粒子对撞机低了四个数量级。
 
 
所谓通用量子计算机是由David Deutsch提出的一种基于逻辑门的机器，也就是我们前文提到的数字计算机。
 
数字计算机要求量子比特对于相干退相干具有鲁棒性，即与环境的耦合较弱。
 
因此，我们可以使用铷原子的两个超精细基态（F = 1和F = 2）作为量子比特，因为它们具有很长的寿命（大约几十年），从而防止了与电磁环境的辐射耦合。
 
如前所述，量子门是通过激光束实现的。寄存器中原子之间的间距通常在几微米，通过强聚焦激光，可以高精度地寻址特定的量子比特。实现任意单量子比特旋转的能力以及众所周知的双量子比特CNOT门足以完成任何量子算法。
 
单量子比特门由一个2乘2的复矩阵描述，该矩阵将一个量子比特状态转换为另一个状态，实现特定的幺正（或酉）变换。
 
例如，将|0⟩态变为|1⟩态的非门（NOT门），反之亦然；或者是从纯态开始生成两种状态叠加的Hadamard（H）门。其矩阵表示为：
 
 
一种更直观的表达方式是通过布洛赫球，其中量子比特的纯态由一个三维的幺正向量——布洛赫向量表示，该向量指向布洛赫球表面的某个位置。
 
在布洛赫球上，|0⟩态占据北极，而|1⟩态占据南极，球表面的每个点都与一个特定的量子比特状态相关联，即对应于|0⟩和|1⟩的相干叠加。
 
作为一种幺正变换，每个量子比特门都对应于布洛赫球上布洛赫向量的旋转。
 
通过使用控制场来驱动量子比特的跃迁，可以实现量子比特状态在布洛赫球上的任意旋转。
 
单(非门)和双量子比特门(受控非门)。(a)非门。当被寻址的自旋处于状态|0⟩(顶部球体)时，激光场将其旋转π角，最终到达状态|1⟩。反之，从|1⟩开始，最终到达|0⟩(底部球体)。(b)受控非门。根据控制量子比特(左，红色)的状态，目标量子比特(右，蓝色)是否旋转π(如目标量子比特的初始状态是|0⟩)
 
例如，受控非门(CNOT)的实现，这是一个双量子比特门，包括“控制”量子比特和“目标”量子比特。当且仅当控制量子比特处于|1⟩态时，CNOT门翻转目标量子比特状态。对态基{|0c0t⟩，|0c1t⟩，|1c0t⟩，|1c1t⟩}中的对应矩阵为：
 
利用偶极里德堡相互作用，有几种方法可以实现这种门：
 
- 对于初态|1c1t⟩，所有三个脉冲都是非谐振，状态保持不变。
 
- 对于初态|0c1t⟩，脉冲2是非谐振的，因此目标量子比特状态保持不变。脉冲1和3驱动控制量子比特的2π旋转。对态提取相位因子eiπ=1。
 
- 对于初态|1c0t⟩，脉冲1和3是非谐振的，因此控制量子比特状态保持不变。脉冲2驱动目标量子比特的2π旋转。对态提取相位因子eiπ= 1。
 
对于初态|0c0t⟩，脉冲1通过π旋转将控制量子比特激发到状态|r⟩，由于里德堡阻塞，目标量子比特里德堡态|r⟩在脉冲2期间移出谐振。目标量子比特保持在状态|0t⟩。最后，脉冲3通过另一次π旋转将控制量子比特带回到状态|0c⟩。对态提取相位因子eiπ=1。
 
所谓的里德堡阻塞利用了原子制备到高激发态时的偶极-偶极相互作用。在这些里德堡态中，原子展现出极大的电偶极矩，比基态大三个数量级。
 
因此，当两个相距几微米的里德堡原子被激发时，它们之间将经历足够强烈的偶极-偶极相互作用，从而显著地转移双激发态的能量，防止两个原子同时激发。
 
该脉冲序列在全局π相位内实现受控Z(CZ)门：
 
 
通过在操作前后在目标原子上添加H门，可以使用CZ门生成CNOT门，如下图(b)所示：
 
通过利用里德堡相互作用实现CNOT门的过程如下：(a)基于偶极里德堡相互作用的CZ门的原理。首先，对控制原子施加一个π脉冲，然后，对目标原子施加一个2π脉冲，最后，对控制原子施加另一个π脉冲。(b)使用一个CZ门和两个H门实现一个CNOT门
 
我们了解到，在远距离量子比特之间实现双量子比特门的能力对于长量子线路的实现具有关键的影响。当量子处理器的连通性受限时，实现给定算法所需的门无法原生实现。
 
为了解决这个问题，需要引入交换门（SWAP），在不同量子比特之间局部交换量子态。然而，增加这种门的成本很高，因为每增加一个门都会给计算带来错误。中性原子设备的相对较好的连通性可以减轻这种影响。
 
如图所示，中性原子设备的开销（2D设备的绿点和3D设备的红点）比使用最近邻连接的设备（超导量子比特）获得的开销低5到10倍。
 
在具有48个量子比特的三种不同设备架构上实现随机量子线路，如左图所示。橙色布局显示了2D的最近邻连通性，而绿色布局的相互作用半径(里德堡阻塞半径)为2.3个晶格间距单位。红色布局对应于3D立方体晶格，具有相同的相互作用半径。这些特性导致实现量子线路所需的最终门的数量有很大差异
 
除了具有很好的连通性外，中性原子设备还具有原生实现超过2个量子比特的多量子比特门的优势。
 
这种多量子比特门有助于有效实现多种量子算法，包括Grover搜索或非线性偏微分方程的变分解析。
 
在这一领域，中性原子量子处理器能够实现例如三量子比特的Toffoli门，该门对应于在两个控制量子比特的状态下应用于目标量子比特上的NOT操作，而在中性原子处理器中的执行成本适中。
 
更具体地说，只需使用7个脉冲的序列就可以实现Toffoli门（如图(a)(b)所示，在5脉冲CCZ的两侧有2个Hadamard门）。
 
相比之下，在不能原生实现Toffoli门的平台上，必须组合不少于6个受控非门和9个单量子比特门来实现相同的效果，导致非常大的开销，如图所示。
 
(a)实现CCZ门(受控受控Z门)的5个脉冲序列。(b)将Toffoli门(CCNOT，受控受控非)分解成由两个单量子比特门包围的CCZ。(c)Toffoli门可以分解成最少六个CNOT，外加单量子比特门(Hadamard门H和π/8门T)。最后一个序列相当于总共超过30个激光脉冲
 
这些出色的连通性和原生多量子比特门的特性，尤其是基于里德堡的门，有助于显著缩短处理的总持续时间。
 
这一点非常关键，因为在当前一代设备中，中性原子QPU的时钟速率（相对于计算，1 MHz）和捕获速率（相对于测量，5 Hz）相对较小，与其他量子计算平台相比。结合2D和3D功能，所有这些特性共同使中性原子QPU成为极具竞争力的平台。
 
最为重要的是，中性原子QPU具有极佳的可扩展性：实现更多量子比特只需增加激光干涉图案中光镊的数量，而无需制造新的芯片。
 
这是与固态平台不同的优势，因为在后者情况下，每个单一量子比特在大型设备上的可再现性是一个关键挑战。
 
实际上，无论是在量子模拟还是基于门的量子计算中，可编程性都是一个重要的评价指标。
 
 
从学术角度看，目前全球涉足中性原子量子计算机研发的科研机构包括科罗拉多大学博尔德分校（该校埃里克·康奈尔教授因对玻色-爱因斯坦凝聚的贡献获得了2001年的诺贝尔物理学奖）、哈佛大学-麻省理工学院超冷原子中心、威斯康星大学麦迪逊分校、巴黎萨克雷大学（该校阿兰·阿斯佩教授刚刚荣获诺贝尔物理学奖，他是中性原子量子计算公司Pasqal的创始人），以及中国科学院精密测量科学与技术创新研究院，特别是在前文提到的詹明生团队。
 
不同于众多科技巨头布局的超导量子计算，中性原子量子计算有着非常强的学术背景，目前主要的中性原子量子计算公司均依托于上述科研院所。
 
1）Infleqtion（ColdQuanta）
 
ColdQuanta由科罗拉多大学博尔德分校（CU-Boulder）的Dana Anderson和Reiner Kunst教授创立。
 
1995年，Dana Anderson与诺贝尔奖获得者埃里克·康奈尔、卡尔·韦曼以及ColdQuanta联合创始人Theodor Hänsch合作，在首次制造玻色-爱因斯坦凝聚的基础上，深入研究冷原子技术并发现其巨大潜力。
 
于2007年创立了ColdQuanta，并在十多年的发展中推出了独特的Quantum Core™技术。
 
在2021年，ColdQuanta推出了121量子比特中性原子量子计算机Hilbert，将铯原子排列在11×11的阵列中，占据900平方微米的空间。通过激光将铯原子冷却至mK级的温度，量子比特之间的间距为2-3微米，实现了非常密集的布局。
 
目前，ColdQuanta的中性原子量子计算机已在IBM和Strangeworks的云平台上线。
 
ColdQuanta表示，冷原子技术将能够在一个只有4平方毫米大小的芯片上封装100万个量子比特。121个冷原子量子比特只有900平方微米，而谷歌“悬铃木”的54比特却占据1平方厘米。一旦量子比特数量增加至100万个，那么冷原子量子芯片的尺寸将仅为超导量子芯片的二十万分之一。
 
冷原子量子比特密度极高
 
在商业方面，ColdQuanta完成了对芝加哥量子软件应用和开发平台公司Super.tech的收购，Super.tech以其脉冲级优化、优化转译和错误缓解技术提高量子线路性能而著称。
 
近期，ColdQuanta宣布成立新的品牌Infleqtion，将ColdQuanta打造为公司的专业研究部门。该品牌的名字“Infleqtion”源自拐点的概念，代表公司认为量子计算行业已经迎来了拐点。
 
2023年6月，英国研究与创新局（UKRI）拨款4500万英镑用于支持量子技术的发展，Infleqtion成为资金接受者之一，标志着公司的重要里程碑，为推进量子计算带来了希望。
 
2）Atom Computing
 
Atom Computing是一家位于美国加州伯克利的公司，成立于2018年。
 
经过三年的攻关，该公司于2021年推出了第一代量子计算系统Phoenix，拥有100个量子比特。
 
Atom Computing采用由锶原子组成的核自旋量子比特，通过激光捕获、定位和操纵这些原子。该方法充分利用了过去40年在物理研究中发展的用于高精度原子钟和其他量子气体、精密测量实验的技术。
 
2022年5月，Atom Computing公司的研究人员宣布在其100量子比特中性原子量子计算机Phoenix上实现了相干时间的最新记录，达到之前记录的10万倍。
 
同年9月，该公司在博尔德开设了新实验室，该设施将容纳未来几代高度可扩展的量子计算机，并承诺未来三年在科罗拉多州投资1亿美元。
 
他们还聘请了从事冷原子研究的科罗拉多大学博尔德分校教授叶军作为公司顾问。
 
2023年7月，Atom Computing与美国能源部国家可再生能源实验室 (NREL) 宣布建立合作伙伴关系，共同研究量子计算在增强电网运行方面的潜力。
 
在同年10月，Atom Computing公司发布了其开创性的下一代量子计算平台，该平台拥有1,225个原子阵列，内含1,180个量子比特，标志着公司首次在基于通用门的系统中突破了1,000个量子比特的里程碑。
 
3）QuEra Computing
 
总部位于美国波士顿的QuEra Computing成立于2018年，由哈佛大学的Mikhail Lukin、Markus Greiner，以及麻省理工学院的Vladan Vuletić和Dirk Englund等人联合创立。
 
该公司的技术源自哈佛大学-麻省理工学院超冷原子中心。
 
QuEra成立以来一直保持低调，直到2021年宣布推出了256量子比特的中性原子量子模拟器Aquila。这台设备由由Lukin领导的哈佛-MIT团队开发，并于2021年11月通过量子计算服务平台Amazon Braket提供给用户。
 
在技术方面，QuEra Computing取得了持续的突破。2022年5月，QuEra与哈佛大学、麻省理工学院、因斯布鲁克大学等机构展示了一台拥有289量子比特的中性原子处理器。该团队使用了在两个空间维度上具有多达289个量子比特的里德堡原子阵列，并进行了实验研究，旨在解决最大独立集问题的量子算法。
 
随后的2022年7月，QuEra在中性原子阵列上实现了更低开销的通用编码。
 
在2023年8月，QuEra Computing发布了适应客户需求的亚马逊AWS的灵活访问选项，覆盖了计算、合规性和安全性。
 
一个月后，QuEra Computing与世宗特别自治市和韩国科学技术院（KAIST）达成了一项协议，旨在建立韩国世宗市的量子产业生态系统。
 
根据协议，QuEra、世宗市和韩国科学技术院将共同努力构建量子计算产业基础设施、制定教育项目、进行国际学术交流，并争取政府公共采购项目，以促进整个韩国的量子计算能力和战略发展。
 
同年12月，由DARPA、哈佛大学和QuEra团队组成的研究小组成功制造了一台量子计算机，拥有有史以来数量最多的逻辑量子比特，可运行280个物理量子比特。这一成果超过了IBM的预期效果20倍，为早期纠错量子计算和大规模逻辑处理器的发展奠定了基础。
 
 
4）M Squared
 
总部位于英国格拉斯哥的M Squared成立于2003年，最初是一家激光公司。
 
近年来，该公司开始拓展业务领域，涉足量子信息技术，并成功推出了原子干涉仪、量子重力仪、原子钟等量子精密测量仪器。
 
最近，M Squared宣布正式进入量子计算行业，并于英国国家量子技术展会上展示了英国的第一台商用中性原子量子计算原型机Maxwell。这一系统受益于M Squared先进的激光系统和量子系统集成，同时借助思克莱德大学在里德堡原子和量子算法方面的专业知识。
 
参考链接（上下滑动查看更多）：

[1]https://wulixb.iphy.ac.cn/cn/article/doi/10.7498/aps.68.20182133

[2]https://arxiv.org/abs/1809.09197

[3]https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.82.2313

[4]https://academic.oup.com/nsr/article/6/1/24/5094563

[5]https://quantum-journal.org/papers/q-2020-09-21-327/

[6]https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/1521-3978%28200009%2948%3A9/11%3C771%3A%3AAID-PROP771%3E3.0.CO%3B2-E

[7]https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780123964823000028?via%3Dihub

[8]https://www.nature.com/articles/s41467-022-29977-z

[9]https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.105.042430

[10]https://mp.weixin.qq.com/s/lawc1JfAhK82mTmYVaQjMA

[11]https://link.springer.com/article/10.1007/s11434-012-5153-8

[12]http://www.wuli.ac.cn/cn/article/doi/10.7693/wl20150805

[13]https://mp.weixin.qq.com/s/etIp7cIioztvINpatSWTIA

[14]https://mp.weixin.qq.com/s/ehkUA5u0SQ0pX5NkHyIuCg

[15]https://mp.weixin.qq.com/s/cE_FRr31Zi_hRbkhqIEydg

[16]https://mp.weixin.qq.com/s/gha-OyjcZdzL9dBNqknRBQ

[17]https://mp.weixin.qq.com/s/ZGqC4H-4aSvlnz5ZtDX-tw

[18]https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.12.011040

[19]http://www.apm.ac.cn/ttxw/202203/t20220311_6388957.html

[20]https://mp.weixin.qq.com/s/lhypvuyymka7nxlK5bOfNg

[21]https://www.cambridge.org/highereducation/books/quantum-computation-and-quantum-information/01E10196D0A682A6AEFFEA52D53BE9AE#overview

[22]https://aws.amazon.com/cn/blogs/quantum-computing/amazon-braket-launches-aquila-the-first-neutral-atom-quantum-processor-from-quera-computing/

[23]https://arxiv.org/abs/2209.03965

[24]http://qc.cascoldatom.com/

 
 
 

 

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